半導(dǎo)體硅芯片強(qiáng)度及開(kāi)裂研究.pdf

1、近年來(lái),現(xiàn)代集成電路技術(shù)的快速發(fā)展驅(qū)使芯片的厚度不斷地變薄。在這種趨勢(shì)下,芯片在封裝、組裝和可靠性測(cè)試中產(chǎn)生的高應(yīng)力對(duì)芯片的影響越來(lái)越大。芯片的開(kāi)裂失效已經(jīng)大量出現(xiàn)在倒裝芯片和疊層芯片封裝中。芯片開(kāi)裂失效的根本原因是芯片中的應(yīng)力超過(guò)了芯片能夠承受的范圍。因此芯片強(qiáng)度是研究芯片開(kāi)裂最重要的參數(shù)。但是對(duì)于不同厚度和不同制造工藝的芯片,它的強(qiáng)度也是不同的。本文從實(shí)驗(yàn)和有限元分析兩個(gè)方向?qū)π酒瑥?qiáng)度及開(kāi)裂進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括:
　　使用

2、四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)4種類型的芯片試樣的進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)試。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的相關(guān)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,建立了厚度0.38mm的芯片的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)模型。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得知,增大砂輪轉(zhuǎn)速,特別是粗磨階段砂輪的轉(zhuǎn)速,可以提高芯片的強(qiáng)度。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,試樣彎曲時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的力與位移的非線性關(guān)系,使用了2種模型進(jìn)行了理論分析。
　　使用掃描電子顯微鏡對(duì)四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)中收集到的斷裂試樣進(jìn)行了觀察,分析了試樣的開(kāi)裂模式和失效機(jī)理。試樣的斷裂面上明顯的分

3、為3個(gè)區(qū)域,3個(gè)區(qū)域分別代表了不同的應(yīng)力狀況。表面微裂紋是芯片發(fā)生開(kāi)裂最大的隱患,使用斷裂力學(xué)中的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子開(kāi)裂理論和Gri?th微裂紋擴(kuò)展理論分析了芯片背表面上的微裂紋對(duì)芯片強(qiáng)度的影響,建立了芯片的開(kāi)裂臨界強(qiáng)度與表面微裂紋長(zhǎng)度之間的關(guān)系。
　　使用有限元軟件對(duì)FC-PBGA的熱應(yīng)力進(jìn)行了模擬,得出了底充膠固化工藝結(jié)束后的降溫工藝過(guò)程以及熱循環(huán)過(guò)程中的芯片內(nèi)部熱應(yīng)力分布。應(yīng)用論文前面的研究結(jié)果,計(jì)算出芯片在降溫過(guò)程結(jié)束時(shí)和熱循